王伟

（南京林业大学，南京　210037）

　　摘　要：机械密封是不少旋转机械不可缺少的组成部分，机械密封失效轻则必须停机维修，重则造成机器毁损甚至重大事故。船尾轴用机械密封装置正常运行对船舶的航行至关重要。船尾轴机械密封装置和其他陆上机械密封装置不同，它需要同时密封极性相差很大的海水和润滑油。通常有缺少润滑油、散热不均等造成温度过高；渔网、绳子等外物或长时间倒车使细沙等杂质进入密封装置破坏密封面；螺旋桨的过度抖动，引起密封装置损坏、提早疲劳老化；密封装置螺栓腐蚀或者退出松动其原因主要是建造或安装存在质量问题；在尾轴安装时，安装工艺不到位，有些船发生刚出厂就出现漏油等现象往往跟机械密封安装不好导致机械密封失效有关系；在吊装尾轴时，吊装的钢丝等器物刮伤了尾轴表面，以及密封装置设计不当导致机械密封失效等几种密封失效形式。

　　关键字：船尾轴用；机械密封；失效

　　一、引言

　　机械密封是不少旋转机械不可缺少的组成部分，机械密封失效轻则必须停机维修，重则造成机器毁损甚至重大事故。船尾轴用机械密封装置正常运行对船舶的航行至关重要。船尾轴机械密封装置和其他陆上机械密封装置不同，它需要同时密封极性相差很大的海水和润滑油。机械密封失效将造成泄漏、污染环境，还会影响机器的运行安全。船尾轴用机械密封因其受力情况复杂，工作环境恶劣．尾轴的直径小而长度较长，即长径比较大，有些尾轴短则几米，长则十几米，整体校中难度大；加上螺旋桨轴转速快，而且还要受负载影响和动力装置本身振动的影响，以及频繁的倒顺车所导致的轴向窜动跳动、轴系挠曲变形；江河、湖海含沙量大和受渔线、渔网缠绕等。又限于船舶的尾轴舱空间狭小及尾轴密封所处在的特殊部位，要在船舶运行过程中对其进行有效的维护管理十分不易。所以是轴系中Z薄弱的环节之一。若密封失效将给航运和海上作业带来相当大的经济损失，还会严重污染环境。

　　长期以来，尾轴“径向密封”一直是船舶采用的传统使用方式，因“径向密封”其本身所固有缺陷，暴露出越来越严重的不适应性，会产密封件对尾轴轴体的严重磨损，必须定期抽轴更换防磨衬套或对尾轴的磨痕进行堆焊、光车，导致维修和换件成本的提高；由于“径向密封”的结构形式，密封件会损耗轴功率；适应尾轴径向跳动的能力差，又加之密封材料容易老化磨损，使用寿命短，一旦失效将会造成漏油污染水域等原因促使了船尾用机械密封的产生与发展。

　　二、船尾轴用机械密封原理^[1]

　　船尾轴用机械密封原理与普通的机械密封原理基本相同，但使用要求较为苛刻。

　　一般的机械密封装置由图1中的各个部件构成，各个部件一环扣一环，环环相扣。传动装置的核心部件动环被安装在传动轴上，随轴转动，静环则是用防转销来防止转动，它与动环一起都属于动密封元件。机械装置在作业时，只有动环随传动轴的转动而转动，静环则保持原位置不变，在弹簧和密封液体的双重压力作用下二者紧密贴合在一起，形成相对的径向转动，转动时在密封圈内的两端面形成两个油膜，能起到密封作用。在一般的密封装置内，动环内还镶嵌有动环辅助密封圈，该装置与传动轴套合在一起随轴一起转动，当压缩量升到10%左右时，就可以有效地防止动环与传动轴之间液体泄露，从而起到较好的密封效果。静环辅助密封圈紧压在静环上与压盖固定，用来防止静环与压盖的泄露，并起到一定的缓冲作用。

　　尽管机械密封装置的组成部件和工作机理较简单，但当机械装置高速运转后，一切稳定的因素，都会随着温度、压强等的变化而变得不稳定，使其难以控制。因此，对机械密封机理的研究还需持续开展下去。

　　三、船尾轴用机械密封失效原因

　　1.高温引起的机械密封失效

　　若轴封中缺少润滑油、散热不均则导致摩擦热无法及时散去，导致机械密封装置温度升高。大量实践研究表明，当机械密封装置的密封腔内的温度超过150℃时，可能引发诸多密封故障，这些故障都有可能造成机械的密封失效。①如果端面摩擦产生的热量不能及时传输出去，就会传导到密封环上，使密封端面温度过高，造成因两密封端面失去润滑膜而失效；②如果机械密封材料导热系数低或者脆弱性较强，那么密封端面在回转过程中产生大量的摩擦热就会造成接触面凹凸不平，摩擦进一步扩大，可能会产生贯穿整个径向端面的裂纹及微裂纹，并且由于所产生的热裂都是径向的，这就为密封载荷的泄漏提供了渠道，引起接触端面间压力的均匀性发生改变，使得其密封性能丧失；③机械运转的高温会造成密封面出现点蚀或是穿透，导致机械密封失效。此外，高温引起的辅助密封圈迅速老化、龟裂、变硬和失去弹性，以及弹簧疲劳强度降低等，都会造成机械密封失效。

　　2.外物、杂质造成机械密封失效

　　船舶螺旋桨缠了渔网或绳子之类的东西，靠着螺旋桨的“甩”力，渔网卷进油封的保护套里面，导致械密封失效；过长时间的倒车，导致细沙等物质进入了尾轴套里面，一旦机械密封装置开始高速运转，那么这些杂质不可避免地会进入密封端面，在高温情况下会划伤密封面或破坏液膜的连续性，降低密封的效果，并且杂质还会对补偿环的浮动性产生阻碍作用，对弹簧的作用性能产生抑制作用，这都会降低其密封效用，导致密封不严。此外海水具有一定腐蚀性，会对摩擦副表面产生腐蚀，腐蚀的后果是使接触面变得粗糙，从而引起泄漏量过大、密封失效的情况出现^[2]。

　　3.其他原因造成的机械密封失效^[3]

　　除上述原因之外，螺旋桨的过度抖动，引起密封装置损坏、提早疲劳老化；密封装置螺栓腐蚀或者退出松动其原因主要是建造或安装存在质量问题；在尾轴安装时，安装工艺不到位，密封令方向装反，应该两道水封令朝着船尾方向，一道油封向着船头方向，有些船发生刚出厂就出现漏油现象往往跟机械密封安装不好导致机械密封失效有关系；在吊装尾轴时，吊装的钢丝等器物刮伤了尾轴表面，导致机械密封失效；此外还有密封装置设计不当导致其失效等。

　　四、改进措施

　　1.在船尾加装“割网刀”，利用航修和年度修船时，在尾轴封装置的尾部附装上防鱼网装置，一般能防止较粗的绳索缠入。但防鱼网装置较难防止较细的鱼网缠入，特别是近些年来，鱼网的材质有所改进，细小的鱼网由化纤改为钢丝构成，一旦缠入尾轴封会造成更大的损害。

　　2.在抛锚前或者靠泊时，除非紧急情况，避免过度用倒车引起细沙等进入尾轴管，破坏机械密封。解决的措施在于：①设计的两端面宽度应该相等，这样可以减少磨粒在密封围停留的机会；②经常对密封腔的各零部件进行冲洗，减少杂质沉积的机会；③采用单弹簧；④设置过滤器或旋液分离器。

　　3.因海水腐蚀导致的机械密封失效解决的措施在于：①对弹簧采取隔离措施，减小其接触的几率；②提高零部件的抗腐蚀性，如选用耐腐蚀材料、涂抹抗腐蚀性保护层等；③改进密封装置结构，采取双端面密封结构，并引入隔离液保护。实践表明，合适的密封材料和填充添剂具有良好的密封效果。因泥沙等杂质导致的机械密封失效。

　　4.解决高温引起机械密封失效的关键措施在于选取新型耐高温密封材料、改进冷却室结构，提高其热传导效率、选取膨胀系数相近的材料作为有装配关系的材料。此外，要提高辅助密封圈的耐热能力。

　　5.在尾轴年检或者更换尾轴套时，机舱部的同志要严格把关，确认工人清洁到位，安装正确，机械密封工作正常。

　　五、结语

　　船尾轴密封装置和其他陆上机械密封装置不同，它需要同时密封极性相差很大的海水和润滑油，对其使用要求较高。大量实践表明，引起船尾轴用密封失效的原因是复杂的，多方面的。因此，对其失效的维修要在正确诊断失效原因的基础上，采取针对性的措施进行维修，并且要详细分析各种影响机械密封效用的因素，按照规定的使用条件和范围选用机械密封，才能保证机械密封的良好运行。不论故障原因为何，使用机械密封时应该详细掌握影响密封效用的各种参数、结构、形式、材料、标准及其特点，这样才能减少故障出现的几率，延长其的使用寿命。

　　参考文献

　　[1]赵昕.机械密封失效的原因及其改进策略[J].机械研究与应用，2011，01（04）

　　[2]王海明，林少衡.浅谈船舶尾轴油封漏油的成因和应对措施[J].中国水运，2011，11（6）

　　[3]王海明，林少衡.浅谈船舶尾轴油封漏油的成因和应对措施[J].中国水运，2011，11（6）

　　[4]王晓青.机械密封失效的影响因素与影响机制研究[J].石油化工设备，2011，40（5）